دید کلی

ساختمان شتاب دهنده‌های خطی جدید بطور قابل توجهی از اجداد اولیه ‏آنها متفاوت است و در این شتاب دهنده‌ها الکترودهای شتاب دهنده بطور ‏مستقیم توسط ولتاژ نوسان کننده حاصل از یک نوسانگر خارجی تغذیه ‏می‌شود ساختمان الکترود در امتداد محور یک لوله شیشه‌ای تخلیه شده ‏از هوا قرار دارد. این طرح موجب اتلاف توان فرکانس رادیویی در ‏گسترده‌ای که شتاب دهنده‌های پروتون باید کار کنند (یعنی حدود ‏MHz‏200) می‌شود.‏

ساختار شتاب دهنده‌های پیشرفته

در ماشینهای امروزی اتاقک شیشه‌ای جایش را به کاواک تشدید فلزی ‏که در آن موج ساکن الکترومغناطیسی تولید می‌شود، داده است و در ‏نهایت خروجی یک مشدد به شکل لوله تخلیه شده به درون یک تانک ‏بزرگ که معمولا از ورقه‌های رسانای قوی مثلا مسی درست شده‌است ‏تغذیه می‌شود. ‏این تانک بسته به شکل و ابعادش تحت فرکانس رادیویی تعریف شده به ‏حالت تشدید در می‌آید. با بازتاب جلو و عقب درد و انتهای کاوک امواج ‏الکترومغناطیسی ساکن در درون آن درست می‌شود. مؤلفه‌ای از میدان ‏الکتریکی این امواج ساکن در امتداد محور تانک جهتگیری می‌کند.

ویژگیهای طراحی شتاب دهنده پروتونی

• مؤلفه‌ای ازمیدان حاصل از امواج الکترومغناطیسی تانک شتاب دهنده در ‏امتداد ‏Z‏ موجب می‌گردد که نیروی شتابش مؤثر روی پروتونها می‌شود.
  
  ‏
• از آنجایی که فرآیند شتابش شامل پریودهای بیشتری از میدان فرکانس ‏رادیویی است، باید به مانند ماشینهای اولیه لوله‌های جریان در آن تعبیه ‏کرد که قادر به محافظت ذرات از تأثیر میدان در نیم چرخه‌های منفی ‏باشند.
  
  
• ذره بایستی همزمان با تأثیر میدان بر آن همگام با تغییرات میدان ، طول ‏مدت کامل پریود را در درون لوله جریان سپری کند تا فاز آن ثابت بماند.
  
  
• معمولا لوله‌های جریان توسط دستهای که به دیواره‌های کاواک وصلاند ‏نگهداری می‌شوند. کاواکها خودشان معمولا در درون یک تانک بزرگ از ‏فولاد قرار دارند. این تانک برای جلوگیری تغییر ناشی از تغییر فشار ‏پیش بینی شده است.‏
  
  
• معمولا میدانهای الکتریکی ناشی از فرکانس رادیویی ‏MHz‏200 با ‏شدتی در حدود ‏MeV/m‏5-2 در اینگونه ساختار شتاب دهنده‌ها بوجود ‏می‌آورند. الکترودهای استوانه‌ای درون شتاب دهنده‌های خطی نظیر آنچه ‏که در شتاب دهنده‌های ایستایی عمل کانونش را انجام نمی‌دهد. این امر ‏ناشی از طبیعت نوسانی میدان در شتاب دهنده‌های خطی است.

کانونش در شتاب دهنده یونهای سنگین

میدان بین دو الکترود استوانه‌ای در نیمه اول گاف ، کانونی می‌شود و بطور ‏شعاعی در نیمه دوم آن غیر کانونی می‌گردد. در صورتی که میدان در ‏طول زمان ثابت باشد اثر نیمه دوم کمتر از نیمه اول است. زیرا بخاطر ‏سرعت کمتر نیمه اول گاف ذره مدت زمان بیشتری در این نیمه صرف ‏می‌کند. ‏اما اگر میدان در طول زمان تغییر کند این موضوع دیگر درست نخواهد بود. ‏در اصول شتابدهندههای خطی نیز این امر وجود داشت که تمام ذرات ‏نزدیک به فاز همگامی وقتی که میدان با زمان افزایش مییابد طول گاف ‏را طی می‌کنند. پس تأثیر میدان در نیمه دوم در مرحله ناکانونش گاف ‏قویتر از نیمه اول است. شتاب دهنده‌های یونهای سنگین از نظر کانونش نیز با شتاب دهنده خطی ‏متفاوت هستند. در این ماشینها بجای استفاده از میدان الکتریکی خود ‏ماشین از میدان مغناطیسی خارجی حاصل از مغناطیسهایی که درون ‏لوله شتابش استفاده می‌شود. کارکرد دقیق عدسیهای مغناطیسی ‏هنگامی که اصول کانونش قوی را بررسی کنیم، بیان خواهد شد.

‏انرژی نهایی باریکه را مانند آنچه که در شتاب دهنده‌های ایستایی بود ‏نمی‌توان بطور آهسته تغییر داد، بلکه آنها را در مراحل چندگانه‌ای تغییر ‏پلهای ‏MeV‏20 و ‏MeV‏40 و ‏MeV‏68 در ‏Minnesotta‏ عملی می‌کنند. اصول ‏فوق برای شتابش پروتونها بکار رفت که برای یونهای سنگین نیز بکار ‏برده در این شتاب دهنده‌ها به فرکانسهای پایینتر مثلا ‏MHz‏70 نیاز است ‏که این امر موجب افزایش طول موج میدان الکتریکی نوسان کننده در ‏فضای آزاد می‌شود. در نتیجه این امر موجب افزایش ابعاد کاواک تشدید فلزی ‏می‌شود. ‏مثلا در یک شتاب دهنده پروتونی که با بسامد ‏MHz‏200 کار می‌کند طول ‏موج مربوطه 5/1 متر است که کاواک تشدیدی به قطر یک متر نیازمند ‏است. اما در مورد یون سنگین که طول موجی در حدود ‏‎¾‎‏ متر بطور ‏نوعی است. قطر کاواک به 3 متر می‌رسد. ‏

شتاب دهنده خطی یونهای سنگین

یک شتاب دهنده خطی یونهای سنگین درست مثل شتاب دهنده پروتون ‏می‌تواند از یک مولد کاک کرافت والتن ‏KeV‏500 به عنوان یک تزریق کننده ‏اولیه اتمهای دو بار یا سه بار پوینده را کار گیرد. این ذرات وارد مرحله اول ‏شتابش می‌شوند. در اینجا از انرژی نهایی یعنی حدود ‏MeV‏ (بر هستک) ‏را دریافت می‌کنند. ‏یونها قبل از ورود به مرحله بعدی مانند آنچه در شتاب دهنده‌های پشتهای ‏‏(تندم و وان دوگراف) دیدیم تمامی الکترونهای خود را از دست می‌دهند. ‏سپس آنها تا رسیدن به انرژی نهایی خود شتابدار می‌شوند. یک ویژگی ‏ماشینهای یونهای سنگین این است که به یک نوع یون محدود نمی‌شود و ‏در واقع مطابق آنچه که رابطه بیان می‌کند تا آنجا که سرعت یون با طول ‏لوله جریان مطابقت داشته باشد. عمل شتابش در چنین حالتی موفقیت ‏آمیز خواهد بود.‏

مباحث مرتبط با عنوان

• امواج ‏الکترومغناطیسی
• تانک شتاب دهنده
• عدسی مغناطیسی
• شتاب دهنده تندم
• شتاب دهنده خطی
• شتاب دهنده ذرات
• شتاب دهنده وان دوگراف
• کاواک تشدید فلزی
• مشدد الکترومغناطیسی
• موجبر
• موج رادیویی